وتمارس مواقع الألغام عن بعد في بعض أكثر البيئات صعوبة وعزلة على الأرض، إذ إن القيود اللوجستية المتكررة، والربط المحدود بالشبكات، والظروف المناخية الشديدة تجعل الإمداد بالطاقة الموثوقة شرطا أساسيا للسلامة والإنتاجية ومراقبة التكاليف، كما أن تصميم نظم قوية لتخزين الطاقة الاحتياطية لا يعد مجرد ضرورة تشغيلية، بل هو ضرورة استراتيجية، حيث تتحول شركات التعدين بصورة متزايدة إلى توليد متجدد لخفض تكاليف الوقود وانبعاثات الكربون، فإن دور نظم الطاقة المتقدمة المصممة خصيصا لهذا الغرض يصبح أكثر أهمية.

الدور الحاسم لتخزين الطاقة في عمليات التعدين عن بعد

وتُستخدم نظم تخزين الطاقة كقاعدة أساسية لإدارة الطاقة الحديثة في مواقع المناجم خارج الشبكة، وهي تتيح الإدماج السلس لمصادر الطاقة المتجددة، مع ضمان أن تكون المعدات الحساسة - مثل أحزمة النقل، ومشجعي التهوية، ونظم الاتصالات - تتلقى طاقة غير متداخلة، وبدون تخزين كاف، فإن التقلب الطبيعي لتوليد الطاقة الشمسية والريحية يمكن أن يؤدي إلى حدوث تغيرات في الوقت، وإلى حدوث أضرار مفاجئة في المعدات، وإلى مخاطر في مجال تجهيز السيارات.

الموازنة بين التوليد القابل للتجديد

وتتزايد استخدام الألغام المصفوفة الضوئية والأورام الريحية للحد من استهلاك الديزل، غير أن الناتج المتجدد يذبذب الطقس والوقت في اليوم، ويمكن أن تستوعب نظم تخزين البطاريات الطاقة الزائدة خلال فترات الجيل المرتفع وتطلقها أثناء التغريم، مما يؤدي إلى تيسير منحنى الإمداد بشكل فعال، ويتيح لمشغلي الألغام إدارة مولدات الديزل بكفاءة أكبر في حمولات أعلى وبنسبة أقل من تكاليف الصيانة ووقف الاد.

كفالة استمرارية العمليات وسلامتها

وفي المناجم النائية، لا يشكل انقطاع الكهرباء مجرد إزعاج - يمكن أن يكون خطرا على السلامة، إذ يجب أن تظل نظم الزرع، ومضخات المياه، وغرف الملاجئ تعمل حتى أثناء إخفاقات الشبكة، كما أن تخزين الطاقة يوفر طاقة احتياطية فورية، مما يؤدي إلى سد الفجوة إلى أن يبدأ مولدات الديزل أو يربطها بإمدادات ثانوية، وهذه القدرة حيوية بشكل خاص في العمليات السرية التي يمكن أن تصبح فيها نوعية الهواء السيئة سريعة الحد من الحياة.

الاعتبارات الرئيسية المتعلقة بالتصميمات الخاصة بنظم قوة الدعم الآلي

ويتطلب تصميم نظام احتياطي لتوليد الطاقة من أجل منجم نائي نهجا شاملا يُستأثر بالعوامل التقنية والاقتصادية على السواء، وتوضح الفروع الفرعية التالية الاعتبارات الأساسية المتعلقة بالتصميم التي ينبغي أن تسترشد بها عملية صنع القرار.

الموثوقية والتكرار

فالاعتماد هو أهم سمة لأي نظام احتياطي للطاقة، وفي منجم بعيد، يمكن أن تتجاوز تكلفة وقت النزول مئات الآلاف من الدولارات في اليوم، ويجب على المهندسين تصميم وحدات تخزين الطاقة التي لا تزال متخلفة، والتي لا تزال تعمل بنظام تخزين الطاقة، وتزيد أيضاً من حجم وحدات التخزين التي تعطل الطاقة، حيث تكون وحدات البطارية الإضافية أو المولدات الكهربائية متاحة خارج القدرة المطلوبة.

إمكانية توسيع نطاق الألغام

فدراجات الحياة المتعلقة بالألغام دينامية، حيث أن العمليات تتوسع أو تتغير درجات الركاز أو تضيف معدات تجهيز جديدة، يمكن أن يزداد الطلب على الطاقة زيادة كبيرة، ويجب أن تكون نظم الدعم قابلة للتدبير من أجل النمو في المستقبل دون أن تتطلب إعادة تصميما كاملا، كما أن نظم تخزين البطاريات المحتوية التي يمكن إضافتها تدريجيا هي حل شعبي، وتجتمع هذه الوحدات قبل تكوين البطاريات، والمتحولين، وإدارة الموارد الحرارية، مما يتيح سرعة الانتشار.

الأثر البيئي والاستدامة

وتواجه شركات التعدين ضغوطا متزايدة من المستثمرين والمنظمين والمجتمعات المحلية للحد من آثارها البيئية، وتدعم مصادر الطاقة أهداف الاستدامة عن طريق التمكين من زيادة التغلغل في الطاقة المتجددة والحد من استهلاك الديزل، غير أنه يجب تقييم تكنولوجيا التخزين نفسها من أجل التأثير البيئي الخاص بها، ولا سيما فيما يتعلق بكيمياء البطاريات وإعادة تدويرها في نهاية العمر، ومصادر المواد الخام.

التكلفة - الأثر وتحليل دورة الحياة

وقد انخفضت تكاليف رأس المال الأولية لتخزين الطاقة انخفاضا كبيرا خلال العقد الماضي، ولكن خطة الألغام لمدة 20 سنة تتطلب تحليلا دقيقا لمجموع تكلفة الملكية، وتشمل القياسات المالية الرئيسية تكاليف تخزين متطورة، وهي تمثل تدهور البطاريات، ودورات استبدال، وتكاليف موازين النظام، كما ينبغي أن يُعامل العاملون في تكاليف تجنب الوقود، وتخفيض صيانة المولدات الكهربائية، وأرصدة الكربون المحتملة.

التحليل المقارن لتكنولوجيات تخزين الطاقة

ولا توجد تكنولوجيا واحدة لتخزين الطاقة مثالية لكل موقع من مواقع الألغام النائية، ويتوقف الاختيار على مدة التخزين، واحتياجات الطاقة، والحيز المتاح، ودرجة الحرارة المحيطة، وإمكانية الوصول إلى المواقع، ويقلل ذلك عن ذلك مقارنة مفصلة بين التكنولوجيات الأكثر شيوعا والمستجدة.

نظام تخزين البطاريات

أما البطاريات التي تُعد بالليثيوم فتهيمن على السوق الحالية بسبب كثافة الطاقة العالية فيها، وسرعة الاستجابة، وتكاليف التعدين، وهي مناسبة تماماً للتطبيقات التي تتطلب تخزيناً قصير الأجل (ساعة واحدة إلى أربع ساعات) لتوليد الطاقة المتجددة أو توفير الدعم الفوري لها.

تخزين الهيدروجين المأجور

(ب) إن تخزين المياه المأهولة هو تكنولوجيا ناضجة وفعالة من حيث التكلفة للتخزين على نطاق واسع (عشرات إلى مئات الساعات المتوسطة) ولكن يتطلب سمات جغرافية محددة: خزانان في مختلف الارتفاعات وتوافر المياه بكميات كبيرة، وبعض الألغام النائية لها طبوغرافيا طبيعية أو بحيرات حفرة قائمة يمكن إعادة استخدامها في نظام المعلومات المسبقة عن علم، وتشمل المزايا فترات طويلة جداً من الإنشاء (أكثر من 50 سنة).

تخزين الطاقة الحرارية

ويجمع التخزين الحراري طاقة زائدة على أنها حرارة (أو باردة) للاستخدام في وقت لاحق، وفي التعدين، كثيرا ما ينطوي ذلك على زيت حراري أو ملح مسخن لاستخدامه في تجفيف الركاز أو الصهر أو توليد البخار، كما يمكن أن يقترن التخزين الحراري بنظم الطاقة الشمسية المركزة، وفي حين أن النظم الحرارية عادة ما تكون ذات كفاءة في عمليات التخزين المكثف (30-50 في المائة) أقل من البطاريات الرخية.

التكنولوجيات الناشئة: الهيدروجين والفلويفل

إن إنتاج الهيدروجين الأخضر عن طريق التحلل الكهربائي والتخزين في الصهاريج خيار ناشئ بالنسبة للطول أو التخزين الموسمي، ويمكن أن تحرق الهيدروجين في المولدات أو خلايا الوقود لإنتاج الكهرباء أو استخدامه في تجهيز المعادن، وفي الوقت الراهن، فإن كفاءة استخدام الطاقة في المرحلتين الأمامية (الكهرباء إلى الكهرباء) لا تتجاوز 30 إلى 40 في المائة، كما أن البنية التحتية مكملة التكلفة.

استراتيجية التنفيذ والتحديات المتعلقة بالتكامل

ويتطلب نشر تخزين الطاقة في منجم نائي التخطيط الدقيق من التقييم الأولي عن طريق التكليف، الخطوات التالية ضرورية للتكامل الناجح.

تقييم الموقع ودراسات الجدوى

وقبل اختيار تكنولوجيا التخزين، يجب أن يقيّم تقييم شامل للمواقع ملامح الحمولة، وتوافر الموارد المتجددة، وازدياد درجات الحرارة المحيطة، والقيود الفضائية، مثلا، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة المحيطة فوق 40 درجة مئوية إلى تدهور بطاريات الليثيوم، وتحتاج إلى المزيد من التبريد، وزيادة تكاليف ميزان النظم، وينبغي أيضا أن تشمل دراسة جدوى دراسات تفاعلية للشبكة إذا ما ارتبط الموقع على الإطلاق بخط طاقة اقليمي، فضلا عن اعتبارات السلامة بالنسبة لمنشآت فضائية.

التكامل مع مولدات الديزل الموجودة والمتجددات

فأغلب المناجم النائية تعمل بالفعل على تشغيل مجموعات مولدات الديزل، ويتطلب إضافة الطاقة تصميم نظام لإدارة الطاقة ينسق إرسال المولدات مع شحن/قطع التخزين، ويمكن لمراقبي الأحجار الصغرى المتقدمة أن يحققوا أفضل مزيج من الاستهلاك من الوقود مع الحفاظ على احتياجات الاحتياطي الشائك، وكثيرا ما ينطوي الانتقال من نظام المولدات فقط إلى نظام هجين على إعادة فرض الضوابط، وتحسين نهج التبديل، وتركيب محركات نقل ذات اتجاهين في الحاويات.

الرصد والمراقبة والصيانة الافتراضية

وينبغي، بمجرد تركيب نظام التخزين، أن يرصد باستمرار لضمان الأداء والسلامة، وينبغي تتبع حالة الشحن، وحالة الصحة، ودرجة الحرارة، وفولاذ كل خلية من خلايا البطاريات عن طريق نظام لإدارة البطاريات، وأن تدمج في نظام التعدين الشامل، كما أن أجهزة التحليل الجاهزة يمكن أن تتوقّع حدوث تدهور في البطاريات واستبدال الجداول قبل حدوث الفشل، كما أن الرصد عن بعد أمر هام للغاية بالنسبة للألغام التي تُعدّ من مئات الكيلومترات.

المنافع الاقتصادية والبيئية لنظم التخزين الحديثة

كما أن اعتماد مخزون الطاقة المتقدم يحقق فوائد قابلة للقياس لعمليات الألغام النائية، ومن الناحية الاقتصادية، فإن أهم ميزة هي استهلاك الوقود المخفض ، ومن خلال السماح لمولدات الديزل بالعمل على أفضل وجه واستخدام الطاقة المتجددة المخزونة أثناء ارتفاع الطلب، يمكن للألغام أن تخفض استخدام الديزل بنسبة 40 إلى 70 في المائة، مما يؤدي إلى زيادة عدد الازدواجات التي توفرها الطاقة في السنة.

وتشمل الفوائد الإضافية تحسين نوعية الطاقة )الفولط والتواتر المستقرين(، والاستجابة السريعة لتغيرات الحمولة، والقدرة على المشاركة في خدمات الشبكة إذا كان المنجم يربطها بفائدة، بل إن بعض الولايات القضائية توفر حوافز أو ائتمانات ضريبية لمنشآت تخزين الطاقة التي تدعم التكامل المتجدد، حيث أن تكاليف البطاريات لا تزال تهبط إلى أقل من ٨٠ دولار كهرومغناطيسي بحلول عام ٢٠٣٠ - فإن الحالة الاقتصادية للتخزين لن تعزز إلا.

دراسات الحالة وأفضل الممارسات في مجال الصناعة

وقد نجحت عدة عمليات تعدين في جميع أنحاء العالم في نشر نظم لتخزين الطاقة، فعلى سبيل المثال، قامت ديافيك ديموند (]) في الأقاليم الشمالية الغربية في كندا بوضع نظام لبطارية يبلغ 2.4 ميغاواط/ 2.4 ميغاواط لاستكمال توليد الديزل والريح، مما أدى إلى خفض استهلاك الديزل بنسبة 10 في المائة، وبالمثل، فإن مشروع لتدفقات الكترونية:

  • إجراء تحليل مفصل لتدفقات الحمولة قبل وضع نظام التخزين.
  • تصميم فترة عمل لا تقل عن ١٥-٢٠ سنة، بما يضاهي العمر المتوقع للمنجم.
  • بما في ذلك نظم الإدارة الحرارية التي تُقيّم في درجات الحرارة القصوى.
  • إنشاء اتفاق لقطع الغيار والخدمات مع الصانع للمواقع النائية.
  • تدريب المشغلين المحليين على بدء النظام، وإغلاقه، وإجراءات الطوارئ.

خاتمة

ومن الضروري تصميم نظم فعالة لتخزين الطاقة ومساندة الطاقة من أجل التشغيل الآمن والفعال والمستدام لمواقع الألغام النائية، كما أن التقدم في تكنولوجيا البطاريات ونظم المراقبة وممارسات التكامل سيستمر في تحسين الموثوقية والقدرة على التصعيد وفعالية التكلفة، ومن خلال تقييم العوامل المحددة للمواقع - التي تتراوح بين ملامح الحمولة والظروف البيئية - يمكن لمشغلي الألغام أن ينشروا حلولاً لا تقلل من المخاطر التشغيلية والتكاليف فحسب، بل تدعم أيضاً أهداف العزل عن الكربون.